WO2019044794A1 - 電力変換システムおよび制御装置 - Google Patents

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WO2019044794A1
WO2019044794A1 PCT/JP2018/031664 JP2018031664W WO2019044794A1 WO 2019044794 A1 WO2019044794 A1 WO 2019044794A1 JP 2018031664 W JP2018031664 W JP 2018031664W WO 2019044794 A1 WO2019044794 A1 WO 2019044794A1
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power conversion
unit
capacitor
information database
power
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PCT/JP2018/031664
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English (en)
French (fr)
Inventor
央 上妻
光 目黒
彬 三間
大輔 松元
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion system and a control device.
  • Patent Document 1 does not describe specific contents that can extend the life when an abnormality occurs in a device in the power conversion device.
  • patent document 2 although the deterioration information of a semiconductor switch can be detected, the specific content which can achieve lifetime improvement of a semiconductor switch is not described.
  • This invention is made in view of the situation mentioned above, and an object of the present invention is to provide a power conversion system and a control device which can extend the life of the device.
  • a plurality of power conversion devices for supplying power to a plurality of load devices, a component information database, an operation information database, and a pattern determination unit , And the plurality of power conversion devices each have a plurality of power conversion units with their output terminals connected in parallel, and the plurality of power conversion units each have at least one semiconductor
  • the component information database includes a module and at least one capacitor, and the component information database includes a thermal resistance history of the semiconductor modules included in the plurality of power conversion devices, and a temperature history of the capacitors included in the plurality of power conversion devices.
  • the driving information database includes the semiconductors included in a plurality of the power conversion devices.
  • the life of the device can be extended.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power conversion system according to a first embodiment of the present invention. It is a block diagram of the power conversion unit and parallel unit control part in 1st Embodiment. It is a figure which shows the power cycle test result of a power semiconductor module. It is an explanatory view of a secular change of a capacitor. It is a lifetime characteristic view of a power semiconductor module. It is a lifetime characteristic view of a capacitor. It is a flowchart of the control program in 1st Embodiment. It is a lifetime characteristic view of the power semiconductor module at the time of degradation of a power semiconductor module. It is a lifetime characteristic figure at the time of degradation of a power semiconductor module.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power conversion system Q according to a first embodiment of the present invention.
  • the power conversion system Q includes a plurality (M units) of power conversion devices 100-1 to 100-M and a common control device 130 (control device).
  • Power conversion devices 100-1 to 100-M are connected to corresponding DC power supplies 102-1 to 102-M and load devices 104-1 to 104-M, respectively.
  • common control device 130 performs bidirectional communication with power conversion devices 100-1 to 100-M via network 150.
  • the load devices 104-1 to 104-M have different operation conditions such as an operating time zone and load power. Therefore, the power conversion devices 100-1 to 100-M operate under different operating conditions (for example, load current, temperature conditions, etc.).
  • power conversion devices 100-1 to 100-M, DC power supplies 102-1 to 102-M, and load devices 104-1 to 104-M are collectively referred to as "power conversion device 100". , “DC power supply 102”, and “load device 104”.
  • Power converter 100 is a three-phase inverter that converts DC power input from DC power supply 102 into three-phase AC power and outputs this three-phase AC power to load device 104.
  • Each power conversion apparatus 100 includes a plurality of (N units) power conversion units 10-1 to 10-N connected in parallel, and a parallel unit control unit 20 that controls the power conversion units 10-1 to 10-N. And have.
  • the power conversion units 10-1 to 10 -N have their input sides connected to the DC power supply 102 and their output sides connected to the load device 104.
  • power conversion units 10-1 to 10-N may be collectively referred to as "power conversion unit 10."
  • the parallel unit control unit 20 includes electronic circuits such as a central processing unit (CPU), a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and various interfaces.
  • the ROM stores control programs executed by the CPU, various data, and the like.
  • the CPU reads the program stored in the ROM, expands it in the RAM, and executes various processing.
  • the common control device 130 includes hardware as a general computer such as a CPU, RAM, ROM, HDD (Hard Disk Drive), etc.
  • an OS Operating System
  • application programs various data Etc are stored.
  • the OS and application programs are expanded in the RAM and executed by the CPU.
  • FIG. 1 the inside of the common control device 130 shows functions implemented by application programs and the like as blocks. That is, common control device 130 includes life database 132, life database update unit 133, parts information database 134, operation information database 136, operation instruction unit 138, data collection unit 140, and life estimation unit 142, And a pattern determination unit 144. Note that these functions will be described later.
  • Parallel unit control unit 20 controls power conversion units 10-1 to 10-N provided in corresponding power conversion apparatus 100. That is, parallel unit control unit 20 receives detection values of various sensors (details will be described later) installed in power conversion units 10-1 to 10-N. The parallel unit control unit 20 also outputs control signals for controlling the power conversion units 10-1 to 10-N.
  • FIG. 2 is a block diagram of power conversion unit 10 and parallel unit control unit 20.
  • the power conversion unit 10 includes three power semiconductor modules 60U, 60V, and 60W (semiconductor modules). These respectively constitute U-phase, V-phase and W-phase legs, and are connected in parallel to the DC power supply 102.
  • power semiconductor module 60U corresponding to the U-phase includes switching elements S1 and S2 connected in series, and rectifying elements D1 and D2 connected in reverse parallel to switching elements S1 and S2, respectively.
  • the switching elements S1 and S2 are IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) in the illustrated example, and the rectifying elements D1 and D2 are diodes in the illustrated example.
  • a capacitor 40U is connected in parallel to the power semiconductor module 60U.
  • capacitor 40U smoothes the pulsating component.
  • One end of switching element S1 is connected to the P pole side of DC power supply 102, one end of switching element S2 is connected to the N pole side of DC power supply 102, and the other ends of switching elements S1 and S2 are connected to each other ing.
  • a connection point between the switching elements S1 and S2 is a U-phase output point 32U, which outputs a U-phase voltage to be applied to the load device 104.
  • Power semiconductor modules 60V and 60W are configured in the same manner as power semiconductor module 60U. That is, power semiconductor module 60V has switching elements S3 and S4 connected in parallel with capacitor 40V, and rectifying elements D3 and D4, and outputs V-phase voltage from V-phase output point 32V. Power semiconductor module 60W has switching elements S5 and S6 connected in parallel with capacitor 40W and rectifying elements D5 and D6, and outputs a W-phase voltage from W-phase output point 32W.
  • a temperature sensor 36 is attached to each of the power semiconductor modules 60U, 60V and 60W. Although only one temperature sensor 36 is illustrated in FIG. 2 for each power semiconductor module, the temperature sensor 36 is provided on the surface of the switching element (for example, S1, S2) to measure the temperature of the switching element And a fin temperature sensor provided on the surface of the cooling fin and measuring the temperature of the cooling fin.
  • the detection results of these temperature sensors 36 are output as a module temperature TM. Further, a temperature sensor 38 (capacitor temperature sensor) is attached to each of the capacitors 40U, 40V, and 40W. The detection results of these temperature sensors 38 are output as a capacitor temperature TC.
  • the output current detection value IL, the module temperature TM, and the capacitor temperature TC may be collectively referred to as “measurement data IL, TM, TC”.
  • the measurement data IL, TM, TC are supplied to the parallel unit controller 20.
  • the measurement data IL, TM, and TC collected by the parallel unit control unit 20 of each of the power conversion devices 100-1 to 100-M are supplied to the common control device 130 via the network 150 (see FIG. 1). Ru.
  • a unit control circuit 50 provided in the power conversion unit 10 controls each part in the power conversion unit 10.
  • the unit control circuit 50 includes electronic circuits such as a CPU, a RAM, a ROM, and various interfaces.
  • the ROM stores control programs executed by the CPU, various data, and the like.
  • the CPU reads the program stored in the ROM, expands it in the RAM, and executes various processing.
  • the unit control circuit 50 has a function of outputting a predetermined pulse signal to the gates of the switching elements S1 to S6 based on, for example, well-known PWM (Pulse Width Modulation) control. As a result, DC power input from the DC power supply 102 is converted into AC power in the power conversion unit 10, and this AC power is output to the load device 104.
  • the unit control circuit 50 also has a function of switching the operation / stop state of the power conversion unit 10 or changing the output current of the power conversion unit 10 based on a control signal from the parallel unit control unit 20. .
  • power semiconductor modules 60U, 60V, and 60W may be generically described as “power semiconductor module 60.”
  • the capacitors 40U, 40V, and 40W may be collectively referred to as “capacitor 40".
  • the inside of the parallel unit control unit 20 shows, as a block, a function realized by a control program or the like of the parallel unit control unit 20. That is, the parallel unit control unit 20 has a current loss data table 22, a loss calculation unit 24, and a thermal resistance calculation unit 26.
  • the current loss data table 22 is a table storing the relationship between the output current of the power semiconductor module 60 and the loss.
  • the loss calculating unit 24 calculates the loss of the power semiconductor module 60 based on the current loss data table 22 and the output current detection value IL.
  • the thermal resistance calculation unit 26 calculates the thermal resistance of the power semiconductor module 60 based on the calculated loss and the module temperature TM (the detection value of the element temperature sensor and the detection value of the fin temperature sensor). is there.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of the power cycle test performed on the power semiconductor module 60.
  • the power cycle test is a test for repeating the operation / stop (power cycle) of the power conversion unit 10 and measuring the number of power cycles until the end of the life of the power semiconductor module 60. As the power cycle is repeated, the temperature of the power semiconductor module 60 repeatedly rises and falls.
  • the temperature change amount ⁇ T shown on the horizontal axis of FIG. 3 represents the absolute value of the temperature increase / decrease width of the power semiconductor module 60 in this case.
  • the power cycle life number of times CNT shown on the vertical axis of FIG. 3 is the number of power cycles until the life of the power semiconductor module 60 is exhausted.
  • the power semiconductor module 60 includes a plurality of materials having different coefficients of thermal expansion, such as a case made of metal including aluminum, as well as insulating members such as copper wiring, solder, silicon chip and resin, although not shown.
  • the characteristic Q1 is a characteristic when the maximum operating temperature Tmax of the power semiconductor module 60 is set to a predetermined value. When the maximum operating temperature Tmax is lowered, the characteristic Q1 changes as indicated by the characteristic Q2. In addition, when the maximum operating temperature Tmax is increased, the characteristic Q1 changes as the characteristic Q3. As indicated by the characteristics Q1 to Q3, the higher the maximum operating temperature of the power semiconductor module 60, the smaller the number of power cycle lifetimes tends to be.
  • FIG. 5A is a life characteristic diagram of the power semiconductor module 60. As shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 5A is the temperature change amount ⁇ T as in FIG. 3, and the vertical axis is the expected life of the power semiconductor module 60.
  • the characteristics Q1A to Q3A in FIG. 5A are characteristics at the same maximum operating temperature Tmax as the characteristics Q1 to Q3 in FIG. Thus, the life characteristics of the power semiconductor module 60 become substantially similar to the characteristics (FIG. 3) in the power cycle test results.
  • FIG. 4 is an explanatory view of the secular change of the capacitor 40.
  • the horizontal axis in FIG. 4 is the cumulative operation time t of the power conversion unit 10.
  • the vertical axis in FIG. 4 is the capacitance C of the capacitor 40 and the internal resistance R (ie, dielectric loss tangent).
  • the cause of deterioration when an electrolytic capacitor is applied as the capacitor 40 will be described.
  • the capacitor 40 When the capacitor 40 is energized, the ambient temperature and the internal temperature of the capacitor 40 increase, the sealing rubber (not shown) of the capacitor 40 is degraded, and the electrolyte is easily diffused to the outside through the sealing rubber. As a result, the capacitance of the capacitor 40 decreases and the internal resistance R increases, and the capacitor 40 is degraded.
  • FIG. 5B is a life characteristic diagram of the capacitor 40 which is an electrolytic capacitor.
  • the horizontal axis in FIG. 5B is the average operating temperature Tave, ie, the average temperature of the capacitor 40.
  • the vertical axis in FIG. 5B indicates the expected life of the capacitor 40.
  • the characteristic Q11 is a characteristic with respect to a certain temperature change amount ⁇ T
  • the characteristic Q12 is a characteristic when the temperature change amount ⁇ T is small
  • the characteristic Q13 is a characteristic when the temperature change amount ⁇ T is large.
  • the life of the capacitor 40 becomes shorter as shown in FIG. Further, since the capacitor 40 also includes a plurality of materials having different thermal expansion coefficients, the life of the capacitor tends to be shorter as the temperature change is larger.
  • the component information database 134 accumulates the following component information for each of the power conversion units 10-1 to 10-N provided in the power conversion devices 100-1 to 100-M. (1) Thermal resistance history of each of power semiconductor modules 60U, 60V, 60W (2) Temperature history of each of power semiconductor modules 60U, 60V, 60W (3) Temperature history of capacitors 40U, 40V, 40W
  • the driving information database 136 accumulates the following driving information for each of the power conversion units 10-1 to 10-N provided in the power conversion devices 100-1 to 100-M.
  • (1) History of output current detection value IL (2) History of operation time (3) Number of on / off times
  • the data collection unit 140 collects the above-mentioned component information and operation information from each parallel unit control unit 20, The information is supplied to the parts information database 134 and the operation information database 136.
  • the life database 132 uses the above-described part information and operation information as parameters, and the remaining expected life (expected value of remaining life) of each device (power semiconductor modules 60U, 60V, 60W and capacitors 40U, 40V, 40W) Is a database for estimating
  • the lifespan database 132 also specifies the lifespan characteristics shown in FIGS. 3 to 5B.
  • the lifetime database 132 may be, for example, learning data of machine learning.
  • the lifetime database updater 133 updates the lifetime database 132 as necessary.
  • the power semiconductor module 60 (that is, the switching elements S1 to S6) is more likely to deteriorate as the temperature rises and falls more frequently. In other words, as the operation and stop of the power conversion unit 10 are repeated more frequently, the deterioration of the power semiconductor module 60 tends to progress. On the other hand, the longer the high temperature state continues, the more the capacitor 40 deteriorates. In other words, as the continuous operation time of the power conversion unit 10 is longer, the deterioration of the capacitor 40 tends to progress.
  • the power conversion unit 10 includes the power semiconductor module 60 and the capacitor 40 as “a plurality of types of devices having different deterioration characteristics with respect to temperature change”.
  • the lifespan database 132 stores data for estimating the remaining life expectancy based on such degradation characteristics of each device. Specifically, various data for identifying the graphs shown in FIGS. 5A and 5B are stored.
  • the life estimation unit 142 estimates the remaining life expectancy of each device based on the contents of the life database 132, the parts information database 134, and the operation information database 136.
  • the pattern determination unit 144 calculates the current distribution pattern of each power conversion unit 10 based on the estimated remaining life expectancy.
  • the “current distribution pattern” refers to the output current to the load device 104, that is, the sum of the output currents of the power conversion units 10-1 to 10-N as a parameter. It is data that specifies the ratio of output current, operation / stop status, and the like.
  • Operation instructing unit 138 outputs the calculated current distribution pattern to parallel unit control unit 20.
  • the parallel unit control unit 20 controls the size of the current flowing through each of the power conversion units 10-1 to 10-N and the operation / stop state based on the supplied current distribution pattern.
  • FIG. 6 is a flowchart of a control program executed by the common control device 130.
  • Common controller 130 starts M processes corresponding to each of power converters 100-1 to 100-M. Then, in each process, the control program (FIG. 6) of the corresponding power conversion apparatus 100 is executed.
  • step S10 when the process proceeds to step S10, the operation instructing unit 138 of the common control device 130 executes predetermined initialization. That is, the operation instructing unit 138 sets the operation mode of the parallel unit control unit 20 to the “current equalization mode”. In this current equalizing mode, parallel unit control unit 20 controls power conversion units 10-1 to 10-N to equalize their output currents.
  • the data collection unit 140 collects component information and operation information from the parallel unit control unit 20, and stores the result in the component information database 134 and the operation information database 136.
  • the life estimation unit 142 estimates the remaining life expectancy of each device based on the contents of the life database 132, the parts information database 134, and the operation information database 136.
  • the life estimation unit 142 also estimates the remaining life expectancy of each power conversion unit 10.
  • the remaining expected life of a certain power conversion unit 10 may be set to the shortest remaining expected life of the devices included in the power conversion unit 10.
  • the lifespan database updating unit 133 updates the lifespan database 132 as necessary.
  • the life characteristics of power semiconductor module 60 and capacitor 40 are as shown in FIG. 3 to FIG. 5B, but the expected life when power conversion unit 10 is not actually operated is an estimated value based on prediction . Therefore, by accumulating data while actually operating the power conversion unit 10 and updating the lifetime database 132 based on this, it is possible to improve the accuracy and reliability of the expected lifetime.
  • the power conversion devices 100-1 to 100-M drive different load devices 104-1 to 104-M, respectively, the operating conditions of the internal power semiconductor module 60 and the capacitor 40 also differ. .
  • the accuracy and reliability of the expected lifetime can be further improved.
  • the life estimation unit 142 determines whether the remaining life expectancy of any of the power conversion units 10 is less than or equal to a predetermined specified value.
  • the process returns to step S12, and the above-described processes of steps S12 and S14 are repeated while maintaining the current equalization mode.
  • the process proceeds to step S18.
  • the power conversion unit 10 in which the remaining expected life has become equal to or less than the specified value is referred to as a “degraded unit”
  • the power conversion units 10 other than the degraded unit are referred to as a “normal unit”.
  • a device whose remaining expected life has become equal to or less than a specified value is referred to as a “degraded device”.
  • step S18 the pattern determination unit 144 calculates current distribution patterns of the power conversion units 10-1 to 10-N.
  • the calculated current distribution pattern is a pattern that can prolong the life of the degraded device, and the details thereof will be described later.
  • the operation instructing unit 138 sets the operation mode of the parallel unit control unit 20 to the current distribution mode. In the current distribution mode, parallel unit control unit 20 controls power conversion units 10-1 to 10-N so as to realize the specified current distribution pattern.
  • step S20 When the process of step S20 ends, the process returns to step S12. Thereby, the processing of steps S12 to S20 described above is repeated while maintaining the current distribution mode. As described above, when the processes in steps S12 to S20 are repeated, new deteriorated units and deteriorated devices are generated in the end, and the number of deteriorated units and deteriorated devices becomes plural. In that case, in step S18, the pattern determination unit 144 sets a current distribution pattern so as to prolong the life of the plurality of degraded units and degraded devices.
  • 7A to 7D are explanatory diagrams of current distribution patterns when the power semiconductor module 60 is degraded.
  • 7A shows the life characteristic of the power semiconductor module 60
  • FIG. 7B shows the life characteristic of the capacitor 40
  • FIG. 7C shows the load power characteristic of the load device 104
  • FIG. 7D shows the output power characteristic of the power conversion unit 10. It is.
  • the characteristics Q21 to Q23 shown in FIG. 7A correspond to the characteristics Q1A to Q3A shown in FIG. 5A.
  • the operating point P1 on the characteristic Q21 is the operating point of the power semiconductor module 60 in the current equalization mode. It is assumed that the remaining life expectancy of the power semiconductor module 60 is shorter than originally predicted, and it is determined in step S16 of FIG. 6 that "Yes" (the remaining life expectancy has become less than a specified value). In this case, for example, if the temperature change amount ⁇ T is reduced to move the operating point of the power semiconductor module 60 to P2, the expected life of the power semiconductor module 60 can be extended, and as a result, the remaining expected life can also be extended.
  • FIG. 7C is a diagram showing a pattern of load power in the load device 104.
  • the load power changes according to the time zone.
  • the powers of the degraded unit and the normal unit are set by the parallel unit control unit 20 as shown in FIG. 7D. That is, the degradation unit in which the power semiconductor module 60 is degraded is set (preferably, to be constant) so that the output power does not change as much as possible, so the temperature change amount ⁇ T of the power semiconductor module 60 decreases. Then, as shown to the operating point P2 of FIG. 7A, the remaining life expectancy of the said power semiconductor module 60 and the said degradation unit can be extended.
  • the change in output power is larger in the current distribution mode than in the current equalization mode.
  • the expected remaining life of the power semiconductor module 60 included in the normal unit is shortened.
  • the remaining expected lives of the normal unit and the degraded unit are close to each other.
  • both expected life expectancy should be matched.
  • all the power conversion units 10-1 to 10-N belonging to the power conversion device 100 can reach the end of the life substantially at the same time, and the entire power conversion device 100 has a long life.
  • the parallel unit control unit 20 determines that the normal unit is normal when the sum of the output currents of the plurality of power conversion units 10-1 to 10-N becomes less than a predetermined threshold. It has a function to reduce the output current of at least one power conversion unit 10.
  • the characteristics Q31 to Q33 shown in FIG. 7B correspond to the characteristics Q11 to Q13 shown in FIG. 5B.
  • the operating point P11 on the characteristic Q31 is the operating point of the capacitor 40 in the current equalization mode.
  • the operating point P12 is an operating point of the capacitor 40 when the output power of the degraded unit is constant.
  • the pattern determination unit 144 distributes current so as to equalize the expected life expectancy of the power semiconductor module 60 included in the degraded unit and the expected life expectancy of the capacitor 40. Set the pattern.
  • the pattern determination unit 144 causes the current dispersion such that the expected life expectancy of the power semiconductor module 60 at the operating point P2 and the expected life expectancy of the capacitor 40 at the operating point P12 approach (more preferably coincide with) Set the pattern. Thereby, the remaining life expectancy of the degraded unit can be extended.
  • 8A to 8D are explanatory diagrams of current distribution patterns when the capacitor 40 is degraded.
  • 8A is a life characteristic diagram of the power semiconductor module 60
  • FIG. 8B is a life characteristic diagram of the capacitor 40
  • FIG. 8C is a load power characteristic diagram of the load device 104
  • FIG. 8D is an output power characteristic diagram of the power conversion unit 10. It is.
  • the characteristics Q51 to Q53 shown in FIG. 8B correspond to the characteristics Q31 to Q33 shown in FIG. 7B.
  • the operating point P51 on the characteristic Q51 is the operating point of the capacitor 40 in the current equalization mode. It is assumed that the remaining life expectancy of the capacitor 40 is shorter than originally predicted, and it is determined in step S16 of FIG. 6 that "Yes" (the remaining life expectancy has become less than a specified value). In this case, for example, lowering the average operating temperature Tave and moving the operating point of the capacitor 40 to P52 can extend the expected life and the remaining expected life of the capacitor 40.
  • FIG. 8C is a diagram showing a pattern of power consumption in the load device 104, which is similar to that shown in FIG. 7C.
  • the power of the degraded unit and the normal unit is set by the parallel unit control unit 20 as shown in FIG. 8D.
  • the degraded unit in which the capacitor 40 is degraded is operated intermittently to reduce the output power average value (output current average value) as much as possible, and the average operating temperature Tave of the capacitor 40 is low. Become. Then, as indicated by an operating point P52 in FIG. 8B, the expected life of the capacitor 40 and the deteriorated unit can be extended.
  • the output power average value is larger in the current distribution mode than in the current equalization mode.
  • the expected life of the capacitor 40 included in the normal unit is shortened.
  • the remaining expected lives of the normal unit and the degraded unit are close to each other. More desirably, the remaining life expectancy of the two should be matched.
  • all the power conversion units 10-1 to 10-N belonging to the power conversion device 100 can reach the end of the life substantially at the same time, and the entire power conversion device 100 has a long life.
  • the parallel unit control unit 20 determines that at least one of the degraded units if the sum of the output currents of the plurality of power conversion units 10-1 to 10-N becomes less than a threshold. It has a function to reduce the output current of the power conversion unit 10.
  • the characteristics Q41 to Q43 shown in FIG. 8A correspond to the characteristics Q21 to Q23 shown in FIG. 7A.
  • the operating point P41 on the characteristic Q41 is the operating point of the power semiconductor module 60 in the current equalization mode.
  • the operating point P42 is an operating point of the power semiconductor module 60 when the output power average value of the degraded unit is lowered.
  • the pattern determination unit 144 sets the current distribution pattern so as to equalize the expected life of the power semiconductor module 60 and the expected life of the capacitor 40.
  • the pattern determination unit 144 causes the current dispersion so that the expected life expectancy of the power semiconductor module 60 at the operating point P42 and the expected life expectancy of the capacitor 40 at the operating point P52 approach (more preferably coincide with) Set the pattern. Thereby, the remaining life expectancy of the degraded unit can be extended.
  • the component information database 134 includes the thermal resistance history of the power semiconductor modules 60 included in the plurality of power conversion devices 100-1 to 100-M and the temperature history of the capacitor 40. Since the pattern determination unit 144 determines the distribution pattern of the output current of the power conversion unit 10 based on the component information database 134 etc., the life of the entire power conversion apparatus 100 can be extended.
  • the life database 132 associates the component information database 134, the operation information database 136, the expected life expectancy of the power semiconductor module 60, and the expected life expectancy of the capacitor 40, and the life database updating unit 133 Since the lifetime database 132 is updated on the basis of the driving information database 136, the accuracy and reliability of the lifetime database 132 can be improved.
  • the life estimation unit 142 obtains the remaining expected life of the power semiconductor module 60 based on the life database 132 and the thermal resistance history of the power semiconductor module 60, and based on the life database 132 and the temperature history of the capacitor 40. Since the remaining life expectancy of the capacitor 40 is determined, it is possible to obtain the remaining life expectancy with higher accuracy.
  • parallel unit control unit 20 reduces the output current of at least one power conversion unit 10 when the sum of the output currents of the plurality of power conversion units 10-1 to 10-N becomes equal to or less than a predetermined threshold. Can be properly protected.
  • parallel unit control unit 20 has a function of suppressing the fluctuation range or fluctuation frequency of the output current of corresponding power conversion unit 10 when the remaining expected life of any of power semiconductor modules 60 becomes less than a prescribed value. Therefore, the life of the power conversion unit 10 can be extended.
  • parallel unit control unit 20 has a function of suppressing the output current of corresponding power conversion unit 10 when the expected life of any of capacitors 40 becomes equal to or less than a predetermined specified value, so that power conversion unit 10 is long. The life can be improved.
  • the semiconductor module 60 has a semiconductor element and a cooling fin
  • the power conversion unit 10 has a temperature sensor 38 for detecting the temperature of the capacitor 40 and an element temperature for measuring the temperature of the semiconductor element.
  • the parallel unit control unit 20 has a current loss data table 22, a loss calculation unit 24, and a thermal resistance calculation unit 26. Thus, parallel unit control unit 20 can accurately grasp the state of power conversion unit 10.
  • the parallel unit control unit 20 determines that at least the normal unit is at least when the sum of the output currents of the plurality of power conversion units 10-1 to 10-N becomes less than a predetermined threshold. The output current of one power conversion unit 10 is reduced. Further, when the degraded device is the capacitor 40, the parallel unit control unit 20 determines that at least one of the power conversions that is the degraded unit is performed when the sum of the output currents of the plurality of power conversion units 10-1 to 10-N becomes equal to or less than a threshold. The output current of unit 10 is reduced. Thereby, the life of the deterioration unit can be appropriately extended according to the type of the deterioration device.
  • the hardware configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2).
  • the pattern determination unit 144 shown in FIG. 1 is different in that the “operation control pattern” is determined instead of the “current distribution pattern” in the first embodiment.
  • the operation control pattern is a pattern for determining the number of units of the power conversion unit 10 to be set in the operating state with respect to the load power supplied to the load device 104.
  • the common control device 130 in the present embodiment specifies, for each parallel unit control unit 20, one of the operation modes of the “loss reduction mode” or the “degraded unit protection mode”.
  • the loss reduction mode is an operation mode in which the loss in the power converter 100 is to be reduced as much as possible. Specifically, among the plurality of power conversion units 10-1 to 10-N included in power conversion apparatus 100, the number of units in the operating state is reduced as much as possible. In the power conversion unit 10, a constant no-load loss occurs even if the output current is zero if the power conversion unit 10 is operating. Therefore, the loss of the power conversion apparatus 100 can be reduced by reducing the number of units in the operating state as much as possible.
  • the degraded unit protection mode is an operation mode for reducing the heat load of a degraded unit having a degraded device (a device whose remaining expected life is equal to or less than a prescribed value).
  • FIG. 9 is a flowchart of a control program executed by the common control device 130.
  • M processes corresponding to each of the power conversion devices 100-1 to 100-M are started.
  • the control program (FIG. 9) of the corresponding power conversion device 100 is executed.
  • step S30 when the process proceeds to step S30, the operation instructing unit 138 of the common control device 130 executes predetermined initial setting. That is, the operation instruction unit 138 sets the operation mode of the parallel unit control unit 20 to the “loss reduction mode”. As a result, the parallel unit control unit 20 controls the power conversion units 10-1 to 10-N so as to reduce the number of operating units as much as possible.
  • step S32 the data collection unit 140 collects component information and operation information from the parallel unit control unit 20, and stores the result in the component information database 134 and the operation information database 136.
  • the contents of this step S32 are the same as those of step S12 (see FIG. 6) of the first embodiment.
  • step S34 the pattern determination unit 144 determines an operation control pattern, that is, a pattern for determining the number of units of the power conversion unit 10 to be set to the operating state using load power as a parameter. It instructs the unit 20 to set the determined operation control pattern.
  • the operation control pattern determined here is a pattern that provides the highest efficiency with respect to load power (eg, minimizes the number of operating units).
  • the life estimation unit 142 estimates the remaining life expectancy of each device and each power conversion unit 10, as in step S14 of the first embodiment. Further, the lifespan database updating unit 133 updates the lifespan database 132 as necessary. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, since the lifespan database updating unit 133 collects data from devices of various different operating conditions and updates the lifespan database 132, accuracy and reliability of expected lifespan It can be further enhanced.
  • step S38 when the process proceeds to step S38, as in step S16 of the first embodiment, whether or not the remaining life expectancy of any of the power conversion units 10 is less than or equal to a predetermined specified value. Determine Here, if the determination is "No", the process returns to step S32, and the above-described processes of steps S32 to S36 are repeated while maintaining the loss reduction mode. On the other hand, if "Yes" is determined in step S38, the process proceeds to step S40.
  • step S40 the operation instruction unit 138 changes the operation mode of the parallel unit control unit 20 as necessary. “If necessary,” for example, maintains the loss reduction mode when the number of degraded units is small (for example, only one), and “degraded units when the number of degraded units is large (for example, a plurality of). It means that "protection mode" is specified. Furthermore, in step S40, pattern determination unit 144 causes power conversion units 10-1 to 10-N to reduce the thermal load of the degraded unit having the degraded device (a device whose remaining expected life is equal to or less than the prescribed value). The operation control pattern is changed, and the changed operation control pattern is instructed to the parallel unit control unit 20.
  • operation instructing unit 138 maintains the loss reduction mode.
  • the pattern determination unit 144 sets the output current to the deteriorated unit according to the type of the deteriorated device. Specifically, in the first embodiment, the output current of each unit may be set as in the operations described with reference to FIGS. 7A to 7D and 8A to 8D.
  • operation instructing unit 138 designates a degraded unit protection mode
  • pattern determination unit 144 changes the temperature (changes in output current) of the plurality of degraded units and / or average temperature (average output) Determine the number of operating units to reduce the current).
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the operation control pattern in the present embodiment.
  • the horizontal axis in FIG. 10 is the load power supplied to the load device 104, and the vertical axis is the number of operating units of the power conversion units 10-1 to 10-N. Further, the number (N) of power conversion units 10 is assumed to be “3”.
  • a pattern PA indicated by a solid line in the figure is an operation control pattern in the loss reduction mode, and is set such that the number of operating units is minimized with respect to the load power to be realized.
  • a broken line pattern PB is an operation control pattern in the loss reduction mode, and when the load power is small, the number of operating units is larger than that of the pattern PA.
  • the hardware of the common control device 130 in the above embodiment can be realized by a general computer, so programs etc. according to the flowcharts shown in FIGS. 6 and 9 are stored in a storage medium or via a transmission line. You may distribute it.
  • FIG. 6 and FIG. 9 Although the processing shown in FIG. 6 and FIG. 9 is described as software processing using a program in the above embodiment, a part or all of the processing is ASIC (Application Specific Integrated Circuit; application specific IC) Alternatively, the processing may be replaced by hardware processing using an FPGA (field-programmable gate array) or the like.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA field-programmable gate array
  • the power conversion device 100 includes various types such as a single phase inverter, an AC / DC converter, a DC / DC converter, etc. It is possible to apply a converter.

Abstract

電力変換システムにおいて、装置を長寿命化する。そのために、電力変換システムは、複数の負荷装置（１０４－１～１０４－Ｍ）に対してそれぞれ電力を供給する複数の電力変換装置（１００－１～１００－Ｍ）と、部品情報データベース（１３４）と、運転情報データベース（１３６）と、パターン決定部（１４４）と、を有する制御装置（１３０）と、を備え、複数の電力変換装置は、それぞれ、出力端子が並列接続された複数の電力変換ユニット（１０－１～１０－Ｎ）を有し、複数の電力変換ユニットは、それぞれ、少なくとも一の半導体モジュールと、少なくとも一のコンデンサとを有し、パターン決定部（１４４）は、部品情報データベース（１３４）および運転情報データベース（１３６）に基づいて、複数の電力変換装置に含まれる電力変換ユニットの出力電流の分散パターンまたは運転制御パターンを決定する。

Description

電力変換システムおよび制御装置
　本発明は、電力変換システムおよび制御装置に関する。
　本技術分野の背景技術として、下記特許文献１には、「システムに不測の事態が発生した場合であっても、運転台数の制御を適切に行ない、安定させた運用を行なう。」と記載されている（要約書参照）。
　また、下記特許文献２には、「…温度入力部２２１、２２２に入力された半導体スイッチの温度の情報と冷却媒体の温度の情報とに基づいて熱抵抗を演算し、冷却媒体の温度変化が所定の値以上か否か判断し、冷却媒体の温度変化が所定の値以上であり、かつ、熱抵抗が所定の値以上であるときに冷却性能が劣化していると判断する…」と記載されている（要約書参照）。
特開２０１４－５３９８７号公報 特開２０１５－５３７７４号公報
　しかし、特許文献１には、電力変換装置内のデバイスに異常が発生した際、長寿命化を図ることができる具体的な内容が記載されていない。また、特許文献２では、半導体スイッチの劣化情報を検知できるが、半導体スイッチの長寿命化を図ることができる具体的な内容が記載されていない。
　この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、装置を長寿命化できる電力変換システムおよび制御装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため本発明の電力変換システムにあっては、複数の負荷装置に対してそれぞれ電力を供給する複数の電力変換装置と、部品情報データベースと、運転情報データベースと、パターン決定部と、を有する制御装置と、を備え、複数の前記電力変換装置は、それぞれ、出力端子が並列接続された複数の電力変換ユニットを有し、複数の前記電力変換ユニットは、それぞれ、少なくとも一の半導体モジュールと、少なくとも一のコンデンサとを有し、前記部品情報データベースは、複数の前記電力変換装置に含まれる前記半導体モジュールの熱抵抗履歴と、複数の前記電力変換装置に含まれる前記コンデンサの温度履歴と、を記憶するものであり、前記運転情報データベースは、複数の前記電力変換装置に含まれる前記半導体モジュールの出力電流の履歴を記憶するものであり、前記パターン決定部は、前記部品情報データベースおよび前記運転情報データベースに基づいて、複数の前記電力変換装置に含まれる前記電力変換ユニットの出力電流の分散パターンまたは運転制御パターンを決定するものであることを特徴とする。
　本発明の電力変換システムおよび制御装置によれば、装置を長寿命化できる。
本発明の第１実施形態による電力変換システムのブロック図である。 第１実施形態における電力変換ユニットおよび並列ユニット制御部のブロック図である。 パワー半導体モジュールのパワーサイクル試験結果を示す図である。 コンデンサの経年変化の説明図である。 パワー半導体モジュールの寿命特性図である。 コンデンサの寿命特性図である。 第１実施形態における制御プログラムのフローチャートである。 パワー半導体モジュールの劣化時におけるパワー半導体モジュールの寿命特性図である。 パワー半導体モジュールの劣化時における寿命特性図である。 パワー半導体モジュールの劣化時における負荷電力特性図である。 パワー半導体モジュールの劣化時における電力変換ユニットの出力電力特性図である。 コンデンサの劣化時におけるパワー半導体モジュールの寿命特性図である。 コンデンサの劣化時におけるコンデンサの寿命特性図である。 コンデンサの劣化時における負荷電力特性図である。 コンデンサの劣化時における電力変換ユニットの出力電力特性図である。 第２実施形態における制御プログラムのフローチャートである。 第２実施形態における運転制御パターンの例を示す図である。
［第１実施形態］
〈実施形態の全体構成〉
　図１は、本発明の第１実施形態による電力変換システムＱのブロック図である。
　電力変換システムＱは、複数の（Ｍ台）の電力変換装置１００－１～１００－Ｍと、共通制御装置１３０（制御装置）と、を有している。電力変換装置１００－１～１００－Ｍは、各々対応する直流電源１０２－１～１０２－Ｍおよび負荷装置１０４－１～１０４－Ｍに接続されている。また、共通制御装置１３０は、ネットワーク１５０を介して、電力変換装置１００－１～１００－Ｍとの間で双方向通信する。
　負荷装置１０４－１～１０４－Ｍは、動作する時間帯や負荷電力等の運転条件がそれぞれ異なっている。従って、電力変換装置１００－１～１００－Ｍは、異なる動作条件（例えば負荷電流、温度条件等）にて動作する。なお、以下の説明において、電力変換装置１００－１～１００－Ｍ、直流電源１０２－１～１０２－Ｍ、および負荷装置１０４－１～１０４－Ｍをそれぞれ総称して、「電力変換装置１００」、「直流電源１０２」、および「負荷装置１０４」と表記することがある。
　電力変換装置１００は、直流電源１０２から入力される直流電力を三相交流電力に変換し、この三相交流電力を負荷装置１０４に出力する三相インバータである。
　個々の電力変換装置１００は、並列接続された複数の（Ｎ台の）電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎと、これら電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎを制御する並列ユニット制御部２０と、を備えている。電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎは、その入力側が直流電源１０２に接続され、出力側が負荷装置１０４に接続されている。なお、以下の説明において、電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎを総称して「電力変換ユニット１０」と表記することがある。
　並列ユニット制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、各種インタフェース等の電子回路を含んでいる。ＲＯＭには、ＣＰＵによって実行される制御プログラムや、各種データ等が格納されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、各種処理を実行する。
　また、共通制御装置１３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＨＤＤには、ＯＳ（Operating System）、アプリケーションプログラム、各種データ等が格納されている。ＯＳおよびアプリケーションプログラムは、ＲＡＭに展開され、ＣＰＵによって実行される。図１において、共通制御装置１３０の内部は、アプリケーションプログラム等によって実現される機能を、ブロックとして示している。すなわち、共通制御装置１３０は、寿命データベース１３２と、寿命データベース更新部１３３と、部品情報データベース１３４と、運転情報データベース１３６と、動作指示部１３８と、データ収集部１４０と、寿命推定部１４２と、パターン決定部１４４と、を有している。なお、これらの機能については後述する。
　並列ユニット制御部２０は、対応する電力変換装置１００内に設けられている電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎを制御する。すなわち、並列ユニット制御部２０は、電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎに設置されている各種センサ等（詳細は後述する）の検出値を受信する。また、並列ユニット制御部２０は、これら電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎを制御する制御信号を出力する。
〈電力変換ユニット１０および並列ユニット制御部２０の構成〉
　図２は、電力変換ユニット１０および並列ユニット制御部２０のブロック図である。
　電力変換ユニット１０は、３台のパワー半導体モジュール６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗ（半導体モジュール）を有している。これらは、各々Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のレグを構成し、直流電源１０２に対して並列に接続されている。
　図２において、Ｕ相に対応するパワー半導体モジュール６０Ｕは、直列接続されたスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２に対して各々逆並列に接続された整流素子Ｄ１，Ｄ２と、を備えている。
　スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、図示の例においてはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、整流素子Ｄ１，Ｄ２は、図示の例においてはダイオードである。また、パワー半導体モジュール６０Ｕには、コンデンサ４０Ｕが並列に接続されている。
　コンデンサ４０Ｕは、直流電源１０２の出力電圧に脈流成分が含まれている場合に、その脈流成分を平滑化する。スイッチング素子Ｓ１の一端は、直流電源１０２のＰ極側に接続され、スイッチング素子Ｓ２の一端は、直流電源１０２のＮ極側に接続され、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の各他端は相互に接続されている。そして、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の接続点は、Ｕ相出力点３２Ｕになり、負荷装置１０４に印加するＵ相電圧を出力する。
　パワー半導体モジュール６０Ｖ，６０Ｗは、パワー半導体モジュール６０Ｕと同様に構成されている。すなわち、パワー半導体モジュール６０Ｖは、コンデンサ４０Ｖと並列に接続されているスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４と、整流素子Ｄ３，Ｄ４と、を有し、Ｖ相出力点３２ＶからＶ相電圧を出力する。また、パワー半導体モジュール６０Ｗは、コンデンサ４０Ｗと並列に接続されているスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６と、整流素子Ｄ５，Ｄ６と、を有し、Ｗ相出力点３２ＷからＷ相電圧を出力する。
　各相の出力点３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗには、各相の出力電流を計測する電流センサ３４がそれぞれ設けられている。計測された各相の出力電流は、出力電流検出値ＩＬとして出力される。また、各パワー半導体モジュール６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗには、それぞれ温度センサ３６が装着されている。なお、図２においては、各パワー半導体モジュールに対して、温度センサ３６を１個のみ図示するが、温度センサ３６は、スイッチング素子（例えばＳ１，Ｓ２）の表面に設けられスイッチング素子の温度を測定する素子温度センサと、冷却フィンの表面に設けられ冷却フィンの温度を測定するフィン温度センサと、を有している。
　これら温度センサ３６の検出結果は、モジュール温度ＴＭとして出力される。また、各コンデンサ４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗには、それぞれ温度センサ３８（コンデンサ温度センサ）が装着されている。これら温度センサ３８の検出結果は、コンデンサ温度ＴＣとして出力される。
　なお、出力電流検出値ＩＬ、モジュール温度ＴＭ、およびコンデンサ温度ＴＣを総称して、「計測データＩＬ，ＴＭ，ＴＣ」と表記することがある。これら計測データＩＬ，ＴＭ，ＴＣは、並列ユニット制御部２０に供給される。また、各電力変換装置１００－１～１００－Ｍの並列ユニット制御部２０で収集された計測データＩＬ，ＴＭ，ＴＣは、ネットワーク１５０（図１参照）を介して、共通制御装置１３０に供給される。
　また、電力変換ユニット１０内に設けられたユニット制御回路５０は、電力変換ユニット１０内の各部を制御する。ユニット制御回路５０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、各種インタフェース等の電子回路を含んでいる。ＲＯＭには、ＣＰＵによって実行される制御プログラムや、各種データ等が格納されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、各種処理を実行する。
　ユニット制御回路５０は、例えば、周知のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御に基づいて、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ６のゲートに所定のパルス信号を出力する機能を有している。これによって、直流電源１０２から入力された直流電力が電力変換ユニット１０において交流電力に変換され、この交流電力が負荷装置１０４に出力される。また、ユニット制御回路５０は、並列ユニット制御部２０からの制御信号に基づいて、電力変換ユニット１０の稼働・停止状態を切替え、あるいは電力変換ユニット１０の出力電流を変更する機能も有している。
　なお、以下の説明において、パワー半導体モジュール６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗを総称して「パワー半導体モジュール６０」と記載することがある。また、コンデンサ４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗを総称して「コンデンサ４０」と記載することがある。
　また、図２において、並列ユニット制御部２０の内部は、並列ユニット制御部２０の制御プログラム等によって実現される機能を、ブロックとして示している。すなわち、並列ユニット制御部２０は、電流損失データテーブル２２と、損失算出部２４と、熱抵抗算出部２６と、を有している。ここで、電流損失データテーブル２２は、パワー半導体モジュール６０の出力電流と、損失との関係を記憶したテーブルである。また、損失算出部２４は、電流損失データテーブル２２と、出力電流検出値ＩＬとに基づいて、パワー半導体モジュール６０の損失を算出するものである。また、熱抵抗算出部２６は、算出された損失と、モジュール温度ＴＭ（素子温度センサの検出値およびフィン温度センサの検出値）と、に基づいてパワー半導体モジュール６０の熱抵抗を算出するものである。
〈パワー半導体モジュールの寿命特性〉
　図３は、パワー半導体モジュール６０に対してパワーサイクル試験を行った結果を示す図である。
　ここで、パワーサイクル試験とは、電力変換ユニット１０の稼動・停止（パワーサイクル）を繰り返し、パワー半導体モジュール６０の寿命が尽きるまでのパワーサイクル数を計測する試験である。パワーサイクルを繰り返すと、パワー半導体モジュール６０の温度は上昇および下降を繰り返す。図３の横軸に示す温度変化量ΔＴは、この場合におけるパワー半導体モジュール６０の温度の上昇幅・低下幅の絶対値を表している。
　また、図３の縦軸に示すパワーサイクル寿命回数ＣＮＴは、パワー半導体モジュール６０の寿命が尽きるまでのパワーサイクル数である。パワー半導体モジュール６０は、図示は省略するが、銅配線・半田・シリコンチップや樹脂等の絶縁部材の他、アルミを含む金属製のケース等、熱膨張係数の異なる複数の材料を含んでいる。
　従って、パワー半導体モジュール６０の温度の上昇・低下が頻繁に繰り返されると、熱膨張・熱収縮に伴う熱応力によって、半田のクラックや絶縁部材の剥離が生じやすくなる。その結果、パワー半導体モジュール６０の絶縁性や放熱性（熱抵抗）が劣化する。そして、パワー半導体モジュール６０の温度の変化量が大きいほど、劣化が進行しやすくなるため、図３の特性Ｑ１に示すように、そのパワーサイクル寿命回数は少なくなる傾向がある。
　また、特性Ｑ１は、パワー半導体モジュール６０の最高動作温度Ｔmaxを所定値とした場合の特性である。この最高動作温度Ｔmaxを低くすると、特性Ｑ１は図示の特性Ｑ２のように変化する。また、最高動作温度Ｔmaxを高くすると、特性Ｑ１は特性Ｑ３のように変化する。特性Ｑ１～Ｑ３に示すように、パワー半導体モジュール６０の最高動作温度が高ければ高いほど、パワーサイクル寿命回数は少なくなる傾向がある。
　図５Ａは、パワー半導体モジュール６０の寿命特性図である。
　図５Ａの横軸は、図３と同様に温度変化量ΔＴであり、縦軸はパワー半導体モジュール６０の期待寿命である。図５Ａにおける特性Ｑ１Ａ～Ｑ３Ａは、各々図３における特性Ｑ１～Ｑ３と同一の最高動作温度Ｔmaxにおける特性である。このように、パワー半導体モジュール６０の寿命特性は、パワーサイクル試験結果における特性（図３）と、略相似形になる。
〈コンデンサの寿命特性〉
　図４は、コンデンサ４０の経年変化の説明図である。
　図４の横軸は、電力変換ユニット１０の累積稼動時間ｔである。また、図４の縦軸は、コンデンサ４０の静電容量Ｃおよび内部抵抗Ｒ（すなわち誘電正接）である。
　電力変換ユニット１０を継続的に稼動させると、コンデンサ４０の周囲温度や内部温度が上昇する。その結果、図４に示すように、コンデンサ４０の静電容量Ｃが徐々に減少する一方、内部抵抗Ｒは徐々に増加する。このように、内部抵抗が増加すると、コンデンサ４０に流れる電流に対するコンデンサ４０の内部温度およびケース温度が上昇しやすくなる。
　一例として、コンデンサ４０として電解コンデンサを適用した場合の、劣化原因を説明する。コンデンサ４０に通電すると、コンデンサ４０の周囲温度や内部温度が高くなり、コンデンサ４０の封口ゴム（図示せず）が劣化し、この封口ゴムを介して電解液が外部に拡散しやすくなる。この結果、コンデンサ４０の静電容量の低下や内部抵抗Ｒの増加が起こり、コンデンサ４０が劣化する。
　図５Ｂは、電解コンデンサであるコンデンサ４０の寿命特性図である。
　図５Ｂの横軸は、平均動作温度Ｔave、すなわちコンデンサ４０の平均温度である。また、図５Ｂの縦軸は、コンデンサ４０の期待寿命を示す。特性Ｑ１１は、ある温度変化量ΔＴに対する特性であり、特性Ｑ１２は、温度変化量ΔＴが小さい場合の特性であり、特性Ｑ１３は、温度変化量ΔＴが大きい場合の特性である。
　コンデンサ４０の周囲温度や内部温度が高いほど封口ゴム等の劣化が進むため、図５Ｂに示すように、コンデンサ４０の寿命も短くなる。また、コンデンサ４０も熱膨張係数の異なる複数の材料を含むため、温度変化が大きいほど、コンデンサの寿命が短くなる傾向がある。
〈共通制御装置１３０の構成〉
　図１に戻り、共通制御装置１３０の詳細構成を説明する。
　まず、部品情報データベース１３４は、電力変換装置１００－１～１００－Ｍに備わる電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎのそれぞれについて、以下の部品情報を蓄積する。
（１）パワー半導体モジュール６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗの各々の熱抵抗履歴
（２）パワー半導体モジュール６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗの各々の温度履歴
（３）コンデンサ４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗの温度履歴
　また、運転情報データベース１３６は、電力変換装置１００－１～１００－Ｍに備わる電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎのそれぞれについて、以下の運転情報を蓄積する。
（１）出力電流検出値ＩＬの履歴
（２）稼働時間の履歴
（３）オン／オフ回数
　また、データ収集部１４０は、各並列ユニット制御部２０から上述した部品情報および運転情報を収集し、部品情報データベース１３４および運転情報データベース１３６に供給する。
　また、寿命データベース１３２は、上述した部品情報と、運転情報とをパラメータとして、各デバイス（パワー半導体モジュール６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗおよびコンデンサ４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗ）の残存期待寿命（残り寿命の期待値）を推定するためのデータベースである。寿命データベース１３２は、図３～図５Ｂに示した寿命特性を特定するものでもある。寿命データベース１３２は、例えば機械学習の学習データであってもよい。寿命データベース更新部１３３は、必要に応じて寿命データベース１３２を更新する。
　上述したように、パワー半導体モジュール６０（すなわちスイッチング素子Ｓ１～Ｓ６）は、温度の上昇・低下が頻繁に繰り返されるほど、その劣化が進む傾向が強い。換言すると、電力変換ユニット１０の稼動・停止が頻繁に繰り返されるほど、パワー半導体モジュール６０の劣化が進む傾向が強い。一方、コンデンサ４０は、高温状態が長く続くほど、その劣化が進む。換言すると、電力変換ユニット１０の継続稼動時間が長いほど、コンデンサ４０の劣化が進む傾向が強い。
　このように、電力変換ユニット１０は、「温度変化に対する劣化特性が異なる複数種類のデバイス」として、パワー半導体モジュール６０と、コンデンサ４０と、を備えている。寿命データベース１３２は、このような各デバイスの劣化特性に基づいて、残存期待寿命を推定するためのデータを蓄積している。具体的には、図５Ａ，図５Ｂに示したグラフを特定する各種データを蓄積している。寿命推定部１４２は、寿命データベース１３２、部品情報データベース１３４および運転情報データベース１３６の内容に基づいて、各デバイスの残存期待寿命を推定する。
　パターン決定部１４４は、推定された残存期待寿命に基づいて、各電力変換ユニット１０の電流分散パターンを算出する。ここで、「電流分散パターン」とは、負荷装置１０４への出力電流すなわち電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎの出力電流の総和をパラメータとし、各電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎの出力電流の比率や、稼働／停止状態等を指定するデータである。動作指示部１３８は、算出された電流分散パターンを、並列ユニット制御部２０に対して出力する。並列ユニット制御部２０は、供給された電流分散パターンに基づいて、電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎのそれぞれに流れる電流の大きさや、稼働／停止状態を制御する。
〈実施形態の動作〉
　次に、本実施形態の動作を説明する。図６は、共通制御装置１３０によって実行される制御プログラムのフローチャートである。
　共通制御装置１３０は、電力変換装置１００－１～１００－Ｍの各々に対応するＭ個のプロセスを起動する。そして、各プロセスにおいて、対応する電力変換装置１００の制御プログラム（図６）を実行する。
　図６において処理がステップＳ１０に進むと、共通制御装置１３０の動作指示部１３８は、所定の初期設定を実行する。すなわち、動作指示部１３８は、並列ユニット制御部２０の動作モードを「電流均等化モード」に設定する。この電流均等化モードにおいては、並列ユニット制御部２０は、電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎに対して、これらの出力電流を均等化させるように制御する。
　次に、処理がステップＳ１２に進むと、データ収集部１４０は並列ユニット制御部２０から部品情報および運転情報を収集し、その結果を部品情報データベース１３４および運転情報データベース１３６に蓄積する。次に、処理がステップＳ１４に進むと、寿命推定部１４２は、寿命データベース１３２、部品情報データベース１３４、および運転情報データベース１３６の内容に基づいて、各デバイスの残存期待寿命を推定する。また、寿命推定部１４２は、各電力変換ユニット１０の残存期待寿命も推定する。ある電力変換ユニット１０の残存期待寿命は、当該電力変換ユニット１０に含まれるデバイスの残存期待寿命のうち、最も短いものに設定するとよい。
　さらに、ステップＳ１４においては、寿命データベース更新部１３３は、必要に応じて寿命データベース１３２を更新する。ここで、寿命データベース１３２を更新する意義を説明しておく。パワー半導体モジュール６０およびコンデンサ４０の寿命特性は、図３～図５Ｂに示したようになるが、電力変換ユニット１０を実際に運用していない時点での期待寿命は、予測に基づく概算値である。そこで、実際に電力変換ユニット１０を運用しつつデータを蓄積し、これに基づいて寿命データベース１３２を更新してゆくと、期待寿命の精度や信頼性を高めてゆくことができる。
　また、本実施形態において、電力変換装置１００－１～１００－Ｍは、各々異なる負荷装置１０４－１～１０４－Ｍを駆動するため、内部のパワー半導体モジュール６０およびコンデンサ４０の動作条件も各々異なる。本実施形態においては、このように様々な異なる動作条件のデバイスからデータを収集し寿命データベース１３２を更新してゆくため、期待寿命の精度や信頼性を一層高めてゆくことができる。
　次に、処理がステップＳ１６に進むと、寿命推定部１４２は、何れかの電力変換ユニット１０の残存期待寿命が所定の規定値以下であるか否かを判定する。ここで、「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ１２に戻り、電流均等化モードを維持しつつ、上述したステップＳ１２，Ｓ１４の処理が繰り返される。一方、ステップＳ１６において「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ１８に進む。なお、以下の説明において、残存期待寿命が規定値以下になった電力変換ユニット１０を、「劣化ユニット」と呼び、劣化ユニット以外の電力変換ユニット１０を「正常ユニット」と呼ぶ。また、劣化ユニットに含まれるデバイスのうち、残存期待寿命が規定値以下になったデバイスを「劣化デバイス」と呼ぶ。
　ステップＳ１８において、パターン決定部１４４は、電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎの電流分散パターンを算出する。算出される電流分散パターンは、劣化デバイスの延命を図れるようなパターンであり、その詳細については後述する。次に、処理がステップＳ２０に進むと、動作指示部１３８は、並列ユニット制御部２０の動作モードを電流分散モードに設定する。電流分散モードにおいては、並列ユニット制御部２０は、指定された電流分散パターンを実現するように、電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎを制御する。
　ステップＳ２０の処理が終了すると、処理はステップＳ１２に戻る。これにより、電流分散モードを維持しつつ、上述したステップＳ１２～Ｓ２０の処理が繰り返される。このように、ステップＳ１２～Ｓ２０の処理を繰り返してゆくと、やがて、新たな劣化ユニットや劣化デバイスが発生し、劣化ユニットや劣化デバイスの数が複数になる。その場合、ステップＳ１８において、パターン決定部１４４は、複数の劣化ユニットおよび劣化デバイスの延命を図るように、電流分散パターンを設定する。
〈電流分散パターンの具体例１〉
　図７Ａ～図７Ｄは、パワー半導体モジュール６０が劣化した場合の電流分散パターンの説明図である。
　すなわち、図７Ａはパワー半導体モジュール６０の寿命特性図、図７Ｂはコンデンサ４０の寿命特性図、図７Ｃは、負荷装置１０４の負荷電力特性図、図７Ｄは、電力変換ユニット１０の出力電力特性図である。
　図７Ａに示す特性Ｑ２１～Ｑ２３は、図５Ａに示した特性Ｑ１Ａ～Ｑ３Ａに対応する。特性Ｑ２１上にある動作点Ｐ１は、電流均等化モードにおけるパワー半導体モジュール６０の動作点である。このパワー半導体モジュール６０の残存期待寿命が、当初予測していたよりも短くなり、図６のステップＳ１６において、「Ｙｅｓ」（残存期待寿命が規定値以下になった）と判定されたとする。この場合、例えば温度変化量ΔＴを小さくしてパワー半導体モジュール６０の動作点をＰ２に移動すると、パワー半導体モジュール６０の期待寿命を延ばすことができ、その結果、残存期待寿命も延ばすことができる。
　図７Ｃは、負荷装置１０４における負荷電力のパターンを示す図である。図示の例では、負荷電力は、時間帯に応じて変化する。この場合、劣化ユニットおよび正常ユニットの電力は、並列ユニット制御部２０によって図７Ｄに示すように設定される。すなわち、パワー半導体モジュール６０が劣化した劣化ユニットは、出力電力がなるべく変化しないように（望ましくは一定になるように）設定されるため、パワー半導体モジュール６０の温度変化量ΔＴが小さくなる。すると、図７Ａの動作点Ｐ２に示すように、当該パワー半導体モジュール６０および当該劣化ユニットの残存期待寿命を延ばすことができる。
　一方、正常ユニットは、電流均等化モードの場合よりも電流分散モードの方が出力電力の変化が大きくなる。これにより、正常ユニットに含まれるパワー半導体モジュール６０の残存期待寿命が短くなる。すると、正常ユニットと劣化ユニットの残存期待寿命が近接する。好ましくは、両者の残存期待寿命を一致させるとよい。これにより、理想的には、当該電力変換装置１００に属する全ての電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎがほぼ同時期に寿命を迎えるようにすることができ、電力変換装置１００全体を長寿命化できる。
　換言すれば、並列ユニット制御部２０は、劣化デバイスがパワー半導体モジュール６０である場合、複数の電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎの出力電流の総和が所定の閾値以下になると、正常ユニットである少なくとも一の電力変換ユニット１０の出力電流を低減する機能を有する。
　ところで、パワー半導体モジュール６０が劣化した劣化ユニットの出力電力を一定にすると、該劣化ユニットに含まれるコンデンサ４０には、常に電流が流れ続けるため、コンデンサ４０には、高温での動作時間が蓄積されていく。その結果、電流均等化モードと比較すると、コンデンサ４０の残存期待寿命が短くなる。この場合におけるコンデンサ４０の動作の一例を図７Ｂに示す。
　図７Ｂに示す特性Ｑ３１～Ｑ３３は、図５Ｂに示した特性Ｑ１１～Ｑ１３に対応する。特性Ｑ３１上にある動作点Ｐ１１は、電流均等化モードにおけるコンデンサ４０の動作点である。そして、動作点Ｐ１２は、劣化ユニットの出力電力を一定にした場合におけるコンデンサ４０の動作点である。
　劣化ユニットの出力電力を一定にすると、温度変化量ΔＴは小さくなるが、平均動作温度Ｔaveは高くなり、動作点Ｐ１２におけるコンデンサ４０の期待寿命は動作点Ｐ１１よりも短くなっている。この結果、コンデンサ４０の残存期待寿命も短くなる。このトレードオフに対応するため、パターン決定部１４４（図１参照）は、劣化ユニットに含まれるパワー半導体モジュール６０の残存期待寿命と、コンデンサ４０の残存期待寿命とを均等化するように、電流分散パターンを設定する。
　すなわち、パターン決定部１４４は、動作点Ｐ２におけるパワー半導体モジュール６０の残存期待寿命と、動作点Ｐ１２におけるコンデンサ４０の残存期待寿命とが近接するように（より好ましくは一致するように）、電流分散パターンを設定する。これにより、該劣化ユニットの残存期待寿命を延ばすことができる。
〈電流分散パターンの具体例２〉
　図８Ａ～図８Ｄは、コンデンサ４０が劣化した場合の電流分散パターンの説明図である。すなわち、図８Ａはパワー半導体モジュール６０の寿命特性図、図８Ｂはコンデンサ４０の寿命特性図、図８Ｃは、負荷装置１０４の負荷電力特性図、図８Ｄは、電力変換ユニット１０の出力電力特性図である。
　図８Ｂに示す特性Ｑ５１～Ｑ５３は、図７Ｂに示した特性Ｑ３１～Ｑ３３に対応する。特性Ｑ５１上にある動作点Ｐ５１は、電流均等化モードにおけるコンデンサ４０の動作点である。このコンデンサ４０の残存期待寿命が、当初予測していたよりも短くなり、図６のステップＳ１６において、「Ｙｅｓ」（残存期待寿命が規定値以下になった）と判定されたとする。この場合、例えば、平均動作温度Ｔaveを低くして、コンデンサ４０の動作点をＰ５２に移動すると、コンデンサ４０の期待寿命および残存期待寿命を延ばすことができる。
　図８Ｃは、負荷装置１０４における消費電力のパターンを示す図であり、該パターンは図７Ｃに示したものと同様である。この場合、劣化ユニットおよび正常ユニットの電力は、並列ユニット制御部２０によって図８Ｄに示すように設定される。図８Ｄに示すように、コンデンサ４０が劣化した劣化ユニットは、出力電力平均値（出力電流平均値）をなるべく低くするため断続的に運転されるようになり、コンデンサ４０の平均動作温度Ｔaveが低くなる。すると、図８Ｂの動作点Ｐ５２に示すように、当該コンデンサ４０および当該劣化ユニットの期待寿命を延ばすことができる。
　一方、正常ユニットは、電流均等化モードよりも電流分散モードの方が、出力電力平均値が大きくなる。これにより、正常ユニットに含まれるコンデンサ４０の期待寿命が短くなる。すると、正常ユニットと劣化ユニットの残存期待寿命が近接する。より望ましくは、両者の残存期待寿命を一致させるとよい。これにより、理想的には、当該電力変換装置１００に属する全ての電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎがほぼ同時期に寿命を迎えるようにすることができ、電力変換装置１００全体を長寿命化できる。
　換言すれば、並列ユニット制御部２０は、劣化デバイスがコンデンサ４０である場合、複数の電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎの出力電流の総和が閾値以下になると、劣化ユニットである少なくとも一つの電力変換ユニット１０の出力電流を低減する機能を有する。
　ところで、コンデンサ４０が劣化した劣化ユニットの出力電力平均値を下げると、該劣化ユニットの出力電力の変化が大きくなる。これにより、該劣化ユニットに含まれるパワー半導体モジュール６０の温度変化量ΔＴが大きくなる。その結果、電流均等化モードと比較すると、パワー半導体モジュール６０の残存期待寿命が短くなる。この場合におけるパワー半導体モジュール６０の動作の一例を図８Ａに示す。
　図８Ａに示す特性Ｑ４１～Ｑ４３は、図７Ａに示した特性Ｑ２１～Ｑ２３に対応する。特性Ｑ４１上にある動作点Ｐ４１は、電流均等化モードにおけるパワー半導体モジュール６０の動作点である。そして、動作点Ｐ４２は、劣化ユニットの出力電力平均値を下げた場合におけるパワー半導体モジュール６０の動作点である。
　劣化ユニットを断続運転して出力電力平均値を下げると、パワー半導体モジュール６０の温度変化量ΔＴが大きくなるため、動作点Ｐ４２におけるパワー半導体モジュール６０の期待寿命は、動作点Ｐ４１のものよりも短くなっている。このトレードオフに対応するため、パターン決定部１４４（図１参照）は、パワー半導体モジュール６０の残存期待寿命と、コンデンサ４０の残存期待寿命とを均等化するように、電流分散パターンを設定する。
　すなわち、パターン決定部１４４は、動作点Ｐ４２におけるパワー半導体モジュール６０の残存期待寿命と、動作点Ｐ５２におけるコンデンサ４０の残存期待寿命とが近接するように（より好ましくは一致するように）、電流分散パターンを設定する。これにより、該劣化ユニットの残存期待寿命を延ばすことができる。
〈実施形態の効果〉
　以上のように、本実施形態によれば、部品情報データベース１３４は複数の電力変換装置１００－１～１００－Ｍに含まれるパワー半導体モジュール６０の熱抵抗履歴と、コンデンサ４０の温度履歴と、を記憶し、パターン決定部１４４は部品情報データベース１３４等に基づいて電力変換ユニット１０の出力電流の分散パターンを決定するので、電力変換装置１００全体を長寿命化できる。
　また、寿命データベース１３２は、部品情報データベース１３４と、運転情報データベース１３６と、パワー半導体モジュール６０の残存期待寿命と、コンデンサ４０の残存期待寿命とを対応付け、寿命データベース更新部１３３は部品情報データベース１３４と運転情報データベース１３６とに基づいて寿命データベース１３２を更新するため、寿命データベース１３２の精度や信頼性を高めてゆくことができる。
　また、寿命推定部１４２は、寿命データベース１３２と、パワー半導体モジュール６０の熱抵抗履歴とに基づいて、パワー半導体モジュール６０の残存期待寿命を求め、寿命データベース１３２と、コンデンサ４０の温度履歴とに基づいてコンデンサ４０の残存期待寿命を求めるため、一層高精度な残存期待寿命を得ることができる。
　また、並列ユニット制御部２０は、複数の電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎの出力電流の総和が所定の閾値以下になると、少なくとも一の電力変換ユニット１０の出力電流を低減するため、保護が必要な電力変換ユニット１０を適切に保護できる。
　また、並列ユニット制御部２０は、何れかのパワー半導体モジュール６０の残存期待寿命が所定の規定値以下になると、対応する電力変換ユニット１０の出力電流の変動幅または変動頻度を抑制する機能を有するため、該電力変換ユニット１０を長寿命化できる。
　また、並列ユニット制御部２０は、何れかのコンデンサ４０の期待寿命が所定の規定値以下になると、対応する電力変換ユニット１０の出力電流を抑制する機能を有するため、該電力変換ユニット１０を長寿命化できる。
　また、半導体モジュール６０は、半導体素子と、冷却フィンと、を有するものであり、また、電力変換ユニット１０は、コンデンサ４０の温度を検出する温度センサ３８と、半導体素子の温度を測定する素子温度センサと、冷却フィンの温度を測定するフィン温度センサと、を有し、並列ユニット制御部２０は、電流損失データテーブル２２と、損失算出部２４と、熱抵抗算出部２６と、を有する。これにより、並列ユニット制御部２０は電力変換ユニット１０の状態を正確に把握できる。
　また、劣化デバイスがパワー半導体モジュール６０である場合、並列ユニット制御部２０は、複数の電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎの出力電流の総和が所定の閾値以下になると、正常ユニットである少なくとも一の電力変換ユニット１０の出力電流を低減する。また、劣化デバイスがコンデンサ４０である場合、並列ユニット制御部２０は、複数の電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎの出力電流の総和が閾値以下になると、劣化ユニットである少なくとも一つの電力変換ユニット１０の出力電流を低減する。
　これにより、劣化デバイスの種類に応じて、劣化ユニットを適切に長寿命化できる。
［第２実施形態］
〈実施形態の構成〉
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明において、図１～図８Ｄの各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
　第２実施形態のハードウエア構成は、第１実施形態のもの（図１、図２参照）と同様である。但し、本実施形態においては、図１に示すパターン決定部１４４は、第１実施形態における「電流分散パターン」に代えて、「運転制御パターン」を決定する点が異なる。なお、運転制御パターンとは、負荷装置１０４に供給される負荷電力に対して、稼働状態に設定する電力変換ユニット１０のユニット数を定めるパターンである。
　本実施形態における共通制御装置１３０は、各並列ユニット制御部２０に対して、「損失低減モード」または「劣化ユニット保護モード」のうち何れかの動作モードを指定する。ここで、損失低減モードとは、電力変換装置１００内の損失をなるべく低減しようとする動作モードである。具体的には、電力変換装置１００に含まれる複数の電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎのうち、稼働状態のユニット数をなるべく少なくする。電力変換ユニット１０は、稼働状態であれば出力電流が０であっても一定の無負荷損失が生じるため、稼働状態のユニット数をなるべく少なくすると、電力変換装置１００の損失を低減できる。また、劣化ユニット保護モードとは、劣化デバイス（残存期待寿命が規定値以下であるデバイス）を有する劣化ユニットの熱負荷を低減する動作モードである。
〈実施形態の動作〉
　次に、本実施形態の動作を説明する。図９は、共通制御装置１３０によって実行される制御プログラムのフローチャートである。
　第１実施形態と同様に、共通制御装置１３０においては、電力変換装置１００－１～１００－Ｍの各々に対応するＭ個のプロセスが起動される。そして、各プロセスにおいて、対応する電力変換装置１００の制御プログラム（図９）が実行される。
　図９において処理がステップＳ３０に進むと、共通制御装置１３０の動作指示部１３８は、所定の初期設定を実行する。すなわち、動作指示部１３８は、並列ユニット制御部２０の動作モードを「損失低減モード」に設定する。これにより、並列ユニット制御部２０は、電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎのうち、稼働状態のユニット数をなるべく少なくするようにこれらユニットを制御する。
　次に、処理がステップＳ３２に進むと、データ収集部１４０は並列ユニット制御部２０から部品情報および運転情報を収集し、その結果を部品情報データベース１３４および運転情報データベース１３６に蓄積する。なお、このステップＳ３２の内容は、第１実施形態のステップＳ１２（図６参照）のものと同様である。次に、処理がステップＳ３４に進むと、パターン決定部１４４は、運転制御パターン、すなわち負荷電力をパラメータとして、稼働状態に設定する電力変換ユニット１０のユニット数を定めるパターンを決定し、並列ユニット制御部２０に対して、決定した運転制御パターンの設定を指示する。ここで決定される運転制御パターンは、負荷電力に対して最も高い効率が得られる（例えば、稼働するユニット数を最小にする）パターンである。
　次に、処理がステップＳ３６に進むと、第１実施形態のステップＳ１４と同様に、寿命推定部１４２は、各デバイスおよび各電力変換ユニット１０の残存期待寿命を推定する。また、寿命データベース更新部１３３は、必要に応じて寿命データベース１３２を更新する。本実施形態においても、第１実施形態と同様に、寿命データベース更新部１３３は様々な異なる動作条件のデバイスからデータを収集し寿命データベース１３２を更新してゆくため、期待寿命の精度や信頼性を一層高めてゆくことができる。
　次に、処理がステップＳ３８に進むと、寿命推定部１４２は、第１実施形態のステップＳ１６と同様に、何れかの電力変換ユニット１０の残存期待寿命が所定の規定値以下であるか否かを判定する。ここで、「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ３２に戻り、損失低減モードを維持しつつ、上述したステップＳ３２～Ｓ３６の処理が繰り返される。一方、ステップＳ３８において「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ４０に進む。
　ステップＳ４０において、動作指示部１３８は、必要に応じて、並列ユニット制御部２０の動作モードを変更する。「必要に応じて」とは、例えば、劣化ユニット数が少ない場合（例えば１台のみ）には、損失低減モードを維持し、劣化ユニット数が多い場合（例えば複数台）には、「劣化ユニット保護モード」を指定するということである。さらに、ステップＳ４０においては、パターン決定部１４４は、劣化デバイス（残存期待寿命が規定値以下であるデバイス）を有する劣化ユニットの熱負荷を低減するように、電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎの運転制御パターンを変更し、変更した運転制御パターンを並列ユニット制御部２０に指示する。
　例えば、電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎのうち１台のユニットのみが劣化ユニットになった場合、動作指示部１３８は、損失低減モードを維持する。また、パターン決定部１４４は、劣化ユニットに対しては、劣化デバイスの種類に応じて出力電流を設定する。具体的には、第１実施形態について、図７Ａ～図７Ｄ、図８Ａ～図８Ｄを参照して説明した動作と同様に、各ユニットの出力電流を設定するとよい。
　一方、複数の劣化ユニットが生じると、動作指示部１３８は劣化ユニット保護モードを指定し、パターン決定部１４４は、複数の劣化ユニットの温度変化（出力電流変化）、および／または平均温度（平均出力電流）を低減するように、稼働ユニット数を決定する。
　図１０は、本実施形態における運転制御パターンの例を示す図である。図１０の横軸は負荷装置１０４に供給される負荷電力であり、縦軸は電力変換ユニット１０－１～１０－Ｎの稼働ユニット数である。また、電力変換ユニット１０の台数（Ｎ）は「３」であることとしている。図中の実線のパターンＰＡは、損失低減モードにおける運転制御パターンであり、実現すべき負荷電力に対して、稼働ユニット数が最小になるように設定されている。また、破線のパターンＰＢは、損失低減モードにおける運転制御パターンであり、負荷電力が小さい場合には、パターンＰＡと比較して、稼働ユニット数が多くなる。稼働ユニット数を多くすることにより、１台あたりの温度変化量ΔＴや、平均動作温度Ｔaveを低減することができる。
〈実施形態の動作〉
　以上のように、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、本実施形態によれば、負荷率に応じて稼働ユニット数を設定できるため、軽負荷時の無負荷損失を低減し、効率を向上させることができる。さらに、寿命データベース１３２に基づく残存期待寿命に基づいて運転制御パターンを制御することにより、高効率と長寿命を両立することが可能となる。
［変形例］
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
（１）上記実施形態における共通制御装置１３０のハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、図６，図９に示したフローチャートに係るプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。
（２）図６，図９に示した処理は、上記実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(field-programmable gate array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。
（３）上記各実施形態においては、電力変換装置１００として三相インバータを適用した例を説明したが、電力変換装置１００は、単相インバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等、種々の変換装置を適用することが可能である。
（４）上記各実施形態において、並列ユニット制御部２０の機能の全部または一部を共通制御装置１３０に実行させてもよい。また、逆に、共通制御装置１３０の任意の機能を並列ユニット制御部２０に実行させてもよい。
Ｑ　電力変換システム
Ｓ１～Ｓ６　スイッチング素子
１０，１０－１～１０－Ｎ　電力変換ユニット
２０　並列ユニット制御部
２２　電流損失データテーブル
２４　損失算出部
２６　熱抵抗算出部
３８　温度センサ（コンデンサ温度センサ）
４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗ　コンデンサ
６０Ｕ，６０Ｖ，６０Ｗ　パワー半導体モジュール（半導体モジュール）
１００，１００－１～１００－Ｍ　電力変換装置
１０２－１～１０２－Ｍ　直流電源
１０４－１～１０４－Ｍ　負荷装置
１３０　共通制御装置（制御装置）
１３２　寿命データベース
１３３　寿命データベース更新部
１３４　部品情報データベース
１３６　運転情報データベース
１４０　データ収集部
１４２　寿命推定部
１４４　パターン決定部

Claims (11)

  1. 　複数の負荷装置に対してそれぞれ電力を供給する複数の電力変換装置と、
    　部品情報データベースと、運転情報データベースと、パターン決定部と、を有する制御装置と、
    　を備え、
    　複数の前記電力変換装置は、それぞれ、出力端子が並列接続された複数の電力変換ユニットを有し、
    　複数の前記電力変換ユニットは、それぞれ、少なくとも一の半導体モジュールと、少なくとも一のコンデンサとを有し、
    　前記部品情報データベースは、複数の前記電力変換装置に含まれる前記半導体モジュールの熱抵抗履歴と、複数の前記電力変換装置に含まれる前記コンデンサの温度履歴と、を記憶するものであり、
    　前記運転情報データベースは、複数の前記電力変換装置に含まれる前記半導体モジュールの出力電流の履歴を記憶するものであり、
    　前記パターン決定部は、前記部品情報データベースおよび前記運転情報データベースに基づいて、複数の前記電力変換装置に含まれる前記電力変換ユニットの出力電流の分散パターンまたは運転制御パターンを決定するものである
    　ことを特徴とする電力変換システム。
  2. 　前記制御装置は、
    　前記部品情報データベースと、前記運転情報データベースと、前記半導体モジュールの残り寿命の期待値である半導体モジュール残存期待寿命と、前記コンデンサの残り寿命の期待値であるコンデンサ残存期待寿命と、を対応づける寿命データベースと、
    　前記部品情報データベースと、前記運転情報データベースとに基づいて前記寿命データベースを更新する寿命データベース更新部と、
    　をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
  3. 　前記制御装置は、
    　前記寿命データベースと、前記熱抵抗履歴とに基づいて、前記半導体モジュール残存期待寿命を求めるとともに、前記寿命データベースと、前記温度履歴とに基づいて、前記コンデンサ残存期待寿命を求める寿命推定部
    　をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の電力変換システム。
  4. 　複数の前記電力変換装置は、それぞれ対応する前記電力変換装置に設けられた複数の前記電力変換ユニットを制御する並列ユニット制御部を有し、
    　前記並列ユニット制御部は、複数の前記電力変換ユニットの出力電流の総和が所定の閾値以下になると、
    　複数の前記電力変換ユニットのうち少なくとも一の前記電力変換ユニットの出力電流を低減する
    　ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換システム。
  5. 　前記並列ユニット制御部は、何れかの前記半導体モジュール残存期待寿命が所定の寿命規定値以下になると、対応する前記電力変換ユニットの前記出力電流の変動幅または変動頻度を抑制する機能を有する
    　ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換システム。
  6. 　　前記並列ユニット制御部は、何れかの前記コンデンサ残存期待寿命が所定の寿命規定値以下になると、対応する前記電力変換ユニットの前記出力電流を抑制する機能を有する
    　ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換システム。
  7. 　前記半導体モジュールは、半導体素子と、冷却フィンと、を有するものであり、
    　前記電力変換ユニットは、前記半導体素子の温度を測定する素子温度センサと、前記冷却フィンの温度を測定するフィン温度センサと、を有し、
    　前記並列ユニット制御部は、
    　前記半導体モジュールの出力電流と、損失との関係を記憶した電流損失データテーブルと、
    　前記電流損失データテーブルに基づいて前記損失を算出する損失算出部と、
    　前記損失と、前記素子温度センサの検出値と、前記フィン温度センサの検出値と、に基づいて前記半導体モジュールの熱抵抗を求める熱抵抗算出部と、
    　を有することを特徴とする請求項６に記載の電力変換システム。
  8. 　前記電力変換ユニットは、前記コンデンサの温度を検出するコンデンサ温度センサ
    　を有することを特徴とする請求項７に記載の電力変換システム。
  9. 　　前記並列ユニット制御部は、複数の前記電力変換ユニットの出力電流の総和が前記閾値以下になると、熱抵抗が所定の熱抵抗閾値よりも大きい半導体モジュールを有する一または複数の前記電力変換ユニットを稼働状態に設定し、他の前記電力変換ユニットを停止状態にする
    　ことを特徴とする請求項８に記載の電力変換システム。
  10. 　前記並列ユニット制御部は、複数の前記電力変換ユニットの出力電流の総和が前記閾値以下になると、温度が所定のコンデンサ温度閾値よりも大きいコンデンサを有する一または複数の前記電力変換ユニットを停止状態に設定し、他の前記電力変換ユニットを稼働状態にする
    　ことを特徴とする請求項９に記載の電力変換システム。
  11. 　複数の負荷装置に対してそれぞれ電力を供給する複数の電力変換装置からデータを収集するデータ収集部と、
    　部品情報データベースと、
    　運転情報データベースと、
    　パターン決定部と、
    　を備え、
    　複数の前記電力変換装置は、それぞれ、出力端子が並列接続された複数の電力変換ユニットを有し、
    　複数の前記電力変換ユニットは、それぞれ、少なくとも一の半導体モジュールと、少なくとも一のコンデンサとを有し、
    　前記部品情報データベースは、複数の前記電力変換装置に含まれる前記半導体モジュールの熱抵抗履歴と、複数の前記電力変換装置に含まれる前記コンデンサの温度履歴と、を記憶するものであり、
    　前記運転情報データベースは、複数の前記電力変換装置に含まれる前記半導体モジュールの出力電流の履歴を記憶するものであり、
    　前記パターン決定部は、前記部品情報データベースおよび前記運転情報データベースに基づいて、複数の前記電力変換装置に含まれる前記電力変換ユニットの出力電流の分散パターンまたは運転制御パターンを決定するものである
    　ことを特徴とする制御装置。
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